干旱区土壤含水量光谱特征分析与反演

[目的]建立土壤含水量遥感监测模型。[方法]选取陕西省横山县作为研究区,以野外原位光谱测量数据和实验室内测得的土壤含水量为基础,进行高光谱数据处理,分析土壤含水量的光谱特征;对实测土壤光谱反射率进行倒数、对数、均方根及其一阶导数微分等光谱变化换,计算高光谱指数,并与土壤样本含水量进行相关性分析,筛选对土壤含水量敏感的光谱特征波段,利用多元线性回归分析建立土壤含水量监测模型。[结果]随着土壤含水量的增加,土壤光谱反射率呈减小趋势。土壤含水量与光谱指数的特征波段呈良好的线性关系,所有模型均通过了0.01水平的显著性检验。模型精度验证表明,预测值与实测含水量相关系数较高,特别是反射率倒数一阶微分模型,在0.01显著性水平下,相关系数为0.886。[结论]该研究建立的土壤含水量遥感反演模型可行有效,通过了有效性检验,在一定程度上可以用来反演研究区土壤含水量。     

不同含水量土壤光谱响应特征分析

[目的]揭示土壤水分对土壤光谱的影响机理,并为其他土壤参数的遥感监测提供理论支持。[方法]以新疆塔里木盆地北缘渭干河—库车河三角洲野外光谱反射数据为研究对象,运用光谱分析法研究土壤水分光谱特征及土壤水分特征波段。[结果]波长740、1 768、1 962、1 450、2 216 nm是土壤水分的吸收带。[结论]土壤光谱反射率比变化主要依赖于土壤含水量状况和波长。在波长较短的部分,土壤反射率随土壤水分变化迅速,而对于波长较长的部分,水分的吸收起显著的作用,反射率变化缓慢。     

干旱区盐渍地土壤含水量分布及其光谱特征研究

[目的]为科学和合理种植作物以及提高作物产量提供参考数据。[方法]采集研究区48个点的盐渍地土壤,测得土壤含水量数据,并且在自然光源和人工光源条件下采集土壤光谱反射率数据,对反盐期不同深度土壤的含水量进行统计分析,研究土壤烘干前和烘干后的光谱反射率,对自然光源的土壤光谱反射率进行一阶、二阶、三阶、四阶、五阶和六阶导数微分处理,剖析人工光源的土壤光谱反射率数据、自然光源的光谱反射率、导数微分变换后的光谱反射率数据与土壤含水量之间的相关分析,进行一元一次、一元二次、指数、二元逐步回归、偏最小二乘回归(PLSR)函数的拟合,并用总均方根误差(RMSE)以及显著性水平验证拟合函数的精度。[结果]表层土壤(0~10 cm)的含水量明显低于10~30 cm深度的土壤含水量,且表层土壤含水量由于土壤盐渍化程度的不同而存在差异,绿洲内部和外围的土壤含水量也存在明显差异;干燥土壤的光谱反射率曲线比湿润土壤更高;人工光源、自然光源获取的土壤光谱反射率数据与土壤含水量之间呈负相关关系,人工光源的相关性比自然光源的相关性略高;自然光源获取的光谱反射率经过导数微分形式的变换后与土壤含水量之间的相关性得到很好的提高;人工光源的最佳拟合方程为一元二次方程Y=266.4X21680+35.2X1680+1.9,RMSE为0.33,显著性水平P0.01;自然光源的最佳拟合方程为偏最小二乘方法的光谱反射率的四阶形式,RMSE为0.89,显著性水平P0.01。[结论]该研究能够为干旱区土壤含水量和光谱特征的关系的研究提供数据支撑,奠定高光谱技术在干旱区的应用基础。     

农田不同粒级土壤含水量光谱特征及定量预测

【目的】土壤含水量是土壤属性的关键参数。摸清不同机械组成条件下土壤水分的光谱变化并实现土壤含水量的定量预测,为农田水分的快速监测及土壤其他属性的定量获取提供依据。【方法】通过人为控制获得不同粒级和不同含水量的土壤样品,确定室内土壤光谱测定的几何条件,采集不同土样的光谱特征并进行比较,按粒径等级利用最小二乘法（PLSR）建立农田土壤含水量的光谱定量预测模型。【结果】土壤光谱反射率总体趋势是随含水量增加而降低,其差异随着波长的增加和含水量的降低而增加,在1 400 nm和1 900 nm的水分敏感波段随含水量增加光谱吸收深度也增加。但当含水量大于40%时,通过孔径为0.15 mm 筛子的土壤样品（处理D-1）,在350-1 240 nm光谱反射率随含水量增加而升高,而1 240 nm以后随含水量增加而降低。相对于将所有样本数据混合建立模型,分粒级建立的模型在细颗粒土壤中预测效果得到了明显改善,并且样品越细模型在预测效果和稳定性也越好：最优模型均方根误差RMSE=4.13%,决定系数R2=0.90。同时,数据归一化处理后所建立的模型在一定程度上降低了噪声的影响,从而在预测效果和稳定性上也有所改善。【结论】土壤光谱随含水量的变化而变化,但并不都表现随含水量增加光谱反射率降低的特点,当含水量大于40%时,细颗粒土壤样本表现为在350-1 240 nm波段光谱反射率随含水量增加而升高;土壤含水量预测模型的精度和稳定性随着土壤粒径变小、样本量增大以及光谱数据归一化预处理而得到改善。     

粒径对土壤光谱特性的影响

土壤粒径是影响土壤光谱的重要因素之一。为了探究土壤粒径与土壤光谱的关系,以山西省闻喜县的冬小麦麦田土壤为研究对象,分别获取7个土壤粒径(2,1,0.5,0.25,0.154,0.125,0.074 mm)及相应的土壤光谱,通过分析不同粒径条件下土壤光谱反射率、土壤粒径与土壤光谱的相关性,研究土壤粒径对土壤光谱的影响及土壤光谱与粒径的响应关系。结果表明,不同土壤粒径大小对土壤的光谱曲线的形状以及光谱特征位置没有明显的影响,但是随着土壤粒径的减小,土壤光谱反射率呈现不同幅度的升高;分析不同土壤粒径光谱反射率的平均变化率可知,小于0.154 mm的土壤粒径对土壤光谱反射率的影响最大,位于近红外波段区域;相关性结果表明,土壤粒径和光谱反射率之间具有较好的相关性,在波段2 100 nm附近的相关性达到最大,相关系数可达-0.74,表明该波段与土壤粒径具有重要的相关关系。研究结果可为光谱技术应用于土壤生理生化指标的定量分析提供一定的理论参考和实践探索。     

基于高光谱的土壤全氮含量估测

针对不同土壤特性的光谱相关分析,研究其与土壤全氮含量之间的关系,筛选出可以预测土壤全氮含量的最佳光谱特征参量,并构建相关估算模型。研究表明,土壤光谱反射率与土壤全氮含量之间呈较好的相关性。其中,全氮含量与土壤原始光谱反射率在1 867 nm处呈极显著负相关,相关系数达到-0.939 2;基于NDI预测土壤全氮含量的估算模型中,以指数函数关系模型(yTN=0.000 5e~(4.700 3)xNDI,R~2=0.798 2)为预测土壤全氮含量的最优模型,基于归一化光谱指数NDI在预测土壤全氮含量时表现出较好的效果。     

基于一阶微分变换方法的南方丘陵稻田土壤电阻率高光谱特性研究

通过对土壤电导率和光谱测定,分析了南方丘陵稻田土壤电阻率特征、原始光谱数据及重采样光谱数据特征。在光谱重采样基础上进一步构建光谱包络线去除变换、光谱反射率倒数(1/R)、对数[ln(1/R)]、平方根(R0.5)、一阶微分等单一或复合变换模型。通过横向、纵向综合比较分析不同模型的反射率与电阻率相关性分析的曲线差异,着重探讨了基于一阶微分的数据变换模型间土壤电阻率与光谱反射率间相关性强弱,结果表明:(1)基于一阶微分变换的模型可以对重叠混合光谱进行分解以便识别,扩大样品之间的光谱特征差异,发掘敏感波段的光谱吸收、反射特征;(2)综合反射率的平方根的一阶微分变换、反射率的倒数的对数及反射率对数的一阶微分等模型得出,在波段为382 nm处,土壤电阻率与光谱反射率间相关系数最高达0.788,在波段为555~560 nm,多个微分变换模型相关性系数在0.7以上,可为后续反演因子的确定及土壤电阻率高光谱估测回归模型的建立提供参考。     

TDR测定不同湿度土壤含水量的精度比较研究

[目的]探讨TDR测定土壤含水量的原理,找出TDR测量土壤含水量的适合范围.[方法]用波兰TDR/MUX/mpts水分测定仪,对不同湿度土样的体积含水量进行测定,同时用烘干法和环刀法分别测量其质量含水量和容重,然后转化成体积含水量与TDR的测量值进行比较.[结果]对于质量含水量为0～5％之间的干燥土壤和质量含水量为22％以上的湿润土壤,TDR的测量精度较低.与烘干法相比,绝对误差均大于2％,相对误差大于10％.对于质量含水量为5％ ～22％之间的土壤,TDR的测量精度较高.[结论]在湿润或半湿润地区,TDR法测量土壤体积含水量有较高的精度.     

基于地貌类型的土壤有机质多光谱遥感反演

该文基于地貌类型分析土壤有机质含量与多光谱遥感影像光谱波段之间相关关系,并构建不同地貌类型区有机质含量反演模型.结果表明,各波段光谱反射率与土壤有机质含量均呈负相关关系;利用SPSS软件对所有波段进行剔除变量(remove)线性回归分析,当全部波段参与构建反演模型时,一次反演模型拟合效果较好.分地貌类型区构建土壤有机质反演模型精度高于整个区域反演模型精度,与实际值对比,当允许误差为7％时,土壤有机质含量识别度为91.65％.基于地貌类型构建土壤有机质含量反演模型提取研究区土壤有机质含量是切实可行的,且精度较高.     

土壤容重及含水量对香樟树木生长的影响

[目的]为了探讨土壤理化性质对香樟树木生长量的影响,为今后香樟的科学栽植与管护提供理论参考。[方法]选择不同生长等级的香樟,测定其土壤容重、含水量及树木生长量,比较不同土壤容重及含水量对香樟生长的影响。[结果]本实验所选不同样地的土壤含水量差异达到极显著水平(P=0.002<0.01);土壤容重有一定的差异但未达到显著水平(P=0.145>0.05)。土壤容重与香樟树木生长量呈负相关;土壤含水量在16.34%时,香樟树高、冠幅、冠高、胸径和地径等均达到了最大值,土壤含水量过高或过低都不利于树木的生长。[结论]今后在香樟栽植过程中,应通过采取各项栽培措施,使土壤容重和土壤含水量保持在适合的范围,为树木生长提供最佳的土壤有关条件。     

模拟农业机械对土壤压实的试验研究

[目的]进行模拟农业机械对土壤压实的实验,为研究农业机械对土壤造成的压实破坏提供理论依据。[方法]重塑含水率(级差为3%)和体积密度(级差为0.2 g/cm3)不同的水稻土和黄棕壤,利用土壤固结仪对其进行模拟压实,分析压实对土壤容重、饱和持水率和应力传递系数的影响。[结果]随着含水率的增加,压实对土壤的影响逐渐加重,且当土壤含水率在16%~22%时压实对土壤产生的破坏较为严重。土壤抗压实能力随体积密度的增加而增加。相同含水率和体积密度土壤应力传递系数不变,即传递至土壤底层应力σz与土壤表面施加力σ0呈相对稳定的线性关系。[结论]机械压实会使土壤容重增加,饱和持水率降低。随着土壤含水率的减少和体积密度的增加,压实对土壤的影响减弱。土壤应力传递系数与土壤类型、含水率、体积密度等有关。对于给定状态的土壤,其土壤应力传递系数不变。     

盐角草对滴灌条件下积盐范围内盐分的影响

[目的]确定湿润峰、积盐范围及盐角草吸盐能力,控制积盐范围内盐分。[方法]以pH 7.9的水作为灌溉水源,在不同土壤初始含水率、土壤容重及滴头流量的条件下研究土壤湿润体的变化过程。[结果]盐角草吸走部分Na＋、Cl-抑制盐分,积盐范围内土深20cm处的总含盐量降低了0.12 g/kg。[结论]该研究可以为有效地控制滴灌条件下湿润锋边缘积累盐分提供依据。     

拉萨半干旱河谷人工杨树纯林生态增益研究

[目的]根据配置模式对拉萨半干旱河谷地带人工杨树纯林进行改造。[方法]研究了其改造前后林分生长状况的变化、土壤养分含量和含水量的变化、土壤容重与孔隙度的变化、不同配置模式对土壤容重和孔隙度的影响、不同配置模式中植物根系分布特征、不同配置模式的筛选。[结果]纯林经过改造成混交林后,林分生物量分布格局要比纯林更为合理和均匀,具有更高的生产力;纯林改造后,对土壤有机质含量和含水率都有显著提高;改造后的纯林内增加了土壤表面的枯枝落叶层,从而使得其内的土壤容重小,土壤孔隙度变大;不论在任何时间段,群状配置林下土壤的平均容重小于行状配置,而孔隙度则与之相反,三角形配置的土壤容重和土壤孔隙度则具二者之间;在不同时间段,同一配置模式下林地间的土壤容重与孔隙度也有一定差异;配置模式中的土壤容重为群状配置〈三角形配置〈行状配置,孔隙度为群状配置〉三角形配置〉行状配置,有机质含量为群状配置〉三角形配置〉行状配置。经过改造后的纯林群落结构更趋稳定、合理。[结论]该研究结果可为拉萨半干旱河谷地带退化生态系统的恢复与植被重建提供一定的理论依据和指导。     

免耕覆盖对玉米田土壤物理性状的影响

[目的]研究渭北旱塬免耕结合不同覆盖对春玉米产量和土壤物理性状的影响,以期对该区农业生产提供理论依据。[方法]选取先玉335为供试材料,以传统耕作不覆盖为对照,通过大田试验测定和分析了免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、免耕地膜覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖下土壤容重、孔隙度、含水量以及水分利用效率的变化。[结果]免耕覆盖处理能够不同程度降低20~40 cm土层土壤容重,显著提高春玉米播前0~80 cm土层土壤含水量;免耕地膜秸秆覆盖和免耕地膜覆盖较对照春玉米播前0~300 cm土层土壤贮水量增加63.7和62.5 mm,水分利用效率提高69.7%和22.4%。[结论]渭北旱塬地区春玉米种植适宜免耕地膜秸秆双元覆盖的方式。     

纳帕海不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征

[目的]探讨纳帕海区域土壤有机碳(SOC)在不同土地利用方式下的剖面分布特征及其与土壤含水量、容重的相关关系,为该区域合理高效利用土地资源提供科学依据。[方法]对猪拱地、农田、灌丛和森林4种土地利用类型的SOC分布特征进行研究。[结果]0~50 cm土层深度内,SOC含量由高到低依次为农田(26.43 g/kg)、猪拱地(20.95 g/kg)、灌丛(20.16 g/kg)、森林(17.25 g/kg);猪拱地、农田、灌丛和森林均为0~10 cm土层SOC含量最高,是主要的碳储层,分别占0~50 cm土层的37.42%、28.07%、49.81%和30.10%,随土壤深度的加深,SOC含量呈减少趋势;SOC密度与SOC储量呈基本一致的变化趋势;各样地表层SOC与土壤含水量呈显著正相关(R~2=0.50,P0.05),与土壤容重呈极显著负相关(R~2=0.60,P0.01)。[结论]不同土地利用类型其SOC含量在垂直方向上的分布不同,湿地的退化会不同程度地导致SOC流失,表层SOC含量很大程度上受土壤含水量和土壤容重的制约。     

小蓬竹水土保持效应的研究

[目的]探究小蓬竹的水土保持特性。[方法]利用典型的喀斯特草地和灌木群落为对照,测定小蓬竹的林冠层、枯落物层、腐殖质层的持水量和土壤物理、化学性质。[结果]小蓬竹群落林冠层、枯枝落叶层和腐殖质层能够截留更多的降水;能够有效的降低林地土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤自然含水量、毛管持水量和饱和含水量,增强其蓄水保水能力;明显增强土壤的抗蚀性和抗冲性;明显加快土壤的熟化程度,增加土壤肥力。[结论]小蓬竹对增强土壤的固土、保水、保肥能力效果显著。     

烟田土壤剖面调查

[目的]为研究曲靖市师宗县烤烟大田生长过程中烟田的土壤理化性状变化规律以及土壤肥力变化。[方法]对烟田土壤6个土层剖面的理化性状进行分析。[结果]在耕作层以下的土壤,随着土层的加深,土壤pH、速效氮、磷、钾含量、有机质、容重、阳离子交换量、总孔隙度、Ca2+和Mg2+下降,土壤肥力下降,通气性变差;土壤pH与土壤的速效养分、容重和阳离子交换量呈正相关关系,因此pH是影响土壤理化性状的重要因素之一。[结论]随着土层的加深,烟田土壤肥力下降越明显,理化性状越差,越不利于烤烟的生长。     

旱地土壤耕作生态对木薯生长及环境的影响

[目的]大面积改善土壤生态环境,提高木薯单产及品质。[方法]利用水分（雨水）控制技术,研究了不同土壤耕作生态类型对木薯生理生长及环境的影响。[结果]与降雨内涝淹水处理相比,降雨时正常排灌疏松土壤的含水量增加44．23％,容重降低17．32％,孔隙度增加38．26％,微生物菌落总数增加384．67％,水分利用效率提高22．65％,光合效率增加55．28％,水、土流失量分剐减少83．70％和125．29％,这诸多因素构成了良好的土壤耕作生态。木薯产量达到46800kg／hm^2;反之,降雨短时渍水处理、降雨内涝淹水处理．因其土壤耕作生态不良,其产量分别为19125、6225kg／hm^2。[结论]在合理利用天然降雨、不渍水不淹水而保持良好的土壤耕作生态条件下,木薯种植容易获得高产。     

浑善达克沙地不同龄级沙柳灌丛土壤有机碳研究

[目的]研究浑善达克沙地不同龄级人工沙柳灌丛土壤有机碳分布规律,为进一步研究干旱区群落演替过程中碳收支以及生态恢复过程中的植被类型选择提供科学依据。[方法]对浑善达克沙地不同龄级(2、4、6、8 a)人工沙柳灌丛土壤p H、容重、有机碳、碳密度进行研究。[结果]土壤p H在7.34~7.60,且与土壤有机碳的变化无明显相关性。同一龄级植被垂直分布上,表层土壤容重较底层低,与土壤有机碳含量的变化呈负相关。土壤有机碳在0.44~1.10 g/kg,不同龄级沙柳灌丛不同土层土壤有机碳含量均随林龄的增加出现先减低后升高的趋势,同一龄级沙柳灌丛不同土层的土壤有机碳含量无明显的变化规律。表层土壤碳密度随着龄级的增大呈先降低后增加的趋势。8 a沙柳灌丛土壤碳密度最高,为9.59 kg/m~2;随着土层的加深土壤碳密度不断增大。[结论]沙柳灌丛对沙地植被恢复、土壤碳库有重要作用。